JP2022025620A - 硬化膜、積層体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、ペン入力による書き心地と防眩性に優れた透明積層フィルムが開示されている。
特許文献2には、反射防止フィルムに用いられるハードコート層を有するフィルム表面への凹凸形成方法として、ハードコート樹脂及び無機微粒子を含むハードコート層が形成されたフィルムにエキシマー光を照射することで、表層のハードコート樹脂の部分を分解する方法が開示されている。
特許文献2に記載の方法では、ハードコート層のハードコート樹脂だけを分解して無機微粒子を表面に露出させるので、当該粒子が脱落しやすくなり、ディスプレイ等に使用する場合に視認性に支障をきたすことがある。また、表面凹凸構造が粒子の形状や分布により限定されるという問題がある。
[1] 表面にしわ状の凹凸構造を有する硬化膜であって、当該凹凸構造における、JIS B0601:2013に従う粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)が15μm以上であり、ISO25178で定義される算術平均高さ(Sa)が0.20μm以上であり、かつ動摩擦係数が0.40以下である硬化膜。
[2] 前記硬化膜が(メタ)アクリレート由来の構成単位を有する[1]に記載の硬化膜。
[3] 前記凹凸構造における局部傾斜角度の平均値(θa)が2°以上である[1]または[2]に記載の硬化膜。
[4] 前記表面の60°グロスが50以下である[1]~[3]のいずれかに記載の硬化膜。
[5] 基材上に[1]~[4]のいずれかに記載の硬化膜を有する積層体。
[6] 前記基材がフィルムである[5]に記載の積層体。
[7] ディスプレイ用途に使用され[5]または[6]に記載の積層体。
[8] 基材上に硬化性組成物を積層し、真空紫外線を照射して当該組成物を硬化させて硬化膜を形成する[5]~[7]のいずれかに記載の積層体の製造方法。
本発明の積層体の製造方法によれば、タッチペンによる書き心地と艶消し性に優れる積層体が得られる。
本発明において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート又はメタクリレートの総称である。「(メタ)アクリル」は、アクリル及びメタクリルの総称である。
数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。
本発明の硬化膜(以下、単に「硬化膜」という)は、表面にしわ状の凹凸構造(非平滑構造)を有し、当該凹凸構造における、JIS B0601:2013に従う粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)が15μm以上であり、ISO25178で定義される算術平均高さ(Sa)が0.20μm以上であり、かつ動摩擦係数が0.40以下である。このような特定の構造と物性を有する硬化膜は、タッチペンによる書き心地が良く、また艶消し性も良好であるので、ディスプレイ用途、特にタッチパネル用途における筆記性を備えた防眩膜として好適である。
硬化膜(凹凸層)の厚みは、書き心地と艶消し性向上の観点から、好ましくは0.1~1000μm、より好ましくは0.5~500μm、さらに好ましくは3~100μm、特に好ましくは5~50μm、最も好ましくは6~25μmの範囲である。硬化膜の厚みは、電子顕微鏡による断面観察により求められる最大厚みを意味する。
硬化膜の凹凸構造における粗さ曲線要素の平均長さは、JIS B0601:2013に従う粗さ曲線要素の平均長さ(RSm、以下単に「RSm」ともいう)である。RSmを算出する際の評価長さは236.87μmとした。RSmは、15μm以上であり、好ましくは20~1000μm、より好ましくは25~500μm、さらに好ましくは30~300μm、特に好ましくは40~200μm、最も好ましくは51~100μmの範囲である。上記範囲であると書き心地に優れ、さらに艶消し性にも優れるため視認性が良好なものとなる。
硬化膜の凹凸構造における算術平均高さは、ISO25178で定義される算術平均高さ(Sa、以下単に「Sa」ともいう)である。Saを算出する際の評価領域は177.60μm×236.87μmである。Saは、0.20μm以上であり、好ましくは0.30~1000μm、より好ましくは0.50~500μm、さらに好ましくは1.0~300μm、特に好ましくは1.5~200μm、最も好ましくは2.0~100μmの範囲である。上記範囲であると書き心地に優れ、さらに艶消し性にも優れるため視認性が良好なものとなる。
硬化膜の凹凸構造における局部傾斜角度の平均値(θa、以下単に「θa」ともいう)は、後述する実施例の記載の方法により測定することができる。θaを算出する際の評価長さは236.87μmとした。θaは、好ましくは2°以上、より好ましくは3°以上、さらに好ましくは7°以上、特に好ましくは10°以上、最も好ましくは13°以上の範囲であり、上限としては、90°でもよい。傾斜角は高い方が書き心地に優れ、さらに艶消し性に優れる傾向がある。
後述する実施例に記載の方法により測定される硬化膜のヘイズ(haze)は、好ましくは1%以上、より好ましくは3%以上、さらに好ましくは5%以上、特に好ましくは10%以上、最も好ましくは20%以上の範囲であり、上限としては、例えば99%である。ヘイズは高いほど艶消し性が良好になる傾向がある。
また、特に各種ディスプレイのアンチグレア用に使用する場合は、好ましくは40%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは60%以上、特に好ましくは70%以上、最も好ましくは80%以上の範囲であり、上限としては、例えば99%である。また用途によっては、高いほど好ましい用途もある。
後述する実施例に記載の方法により測定される硬化膜の表面の60°グロス(60°鏡面光沢度)は、好ましくは50以下、より好ましくは30以下、さらに好ましくは25以下、特に好ましくは20以下、最も好ましくは15以下の範囲であり、低いほど好ましい。60°グロス値は小さいほど艶消し性に優れる。
また、同様に20°グロスは、好ましくは20以下、より好ましくは10以下、さらに好ましくは7以下、特に好ましくは4以下、最も好ましくは2以下の範囲であり、低いほど好ましい。20°グロス値は小さいほど艶消し性に優れる。
後述する実施例に記載の方法により測定される硬化膜の表面の動摩擦係数は、0.40以下であり、好ましくは0.30以下、より好ましくは0.25以下、さらに好ましくは0.20以下、特に好ましくは0.15以下の範囲であり、下限としては特に制限はないが、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.10以上の範囲である。上記範囲にあることで、筆記中に筆記の感触と滑り性の両立ができ、書き心地が良いものとなる。
硬化膜の表面の静止摩擦係数は、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.35以下、さらに好ましくは0.30以下、特に好ましくは0.25以下、最も好ましくは0.20以下の範囲であり、下限としては特に制限はないが、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.10以上の範囲である。上記範囲にあることで、筆記始めに筆記の感触と滑り性の両立ができ、書き心地が良いものとなる。
また、後述する実施例に記載の方法により測定される硬化膜の表面の動摩擦係数の振れ幅(ハンチング幅)の平均値は、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.03以上、さらに好ましくは0.04以上、特に好ましくは0.05以上、最も好ましくは0.06以上の範囲であり、上限としては特に制限はないが、好ましくは0.3以下の範囲である。上記範囲にあることで、筆記中に筆記の感触があり、書き心地が良いものとなる。
後述する実施例に記載の方法により測定される硬化膜の鉛筆硬度は、F以上であることが好ましく、より好ましくはH以上、さらに好ましくは2H以上である。上記範囲であると耐擦傷性に優れ、タッチパネルをはじめとするディスプレイ用途等、視認性を重視する用途に適したものとなる。
本発明の硬化膜およびこれを有する本発明の積層体(以下、単に「積層体」という)は、例えば、基材上に硬化性組成物の塗膜を積層し、当該塗膜の表面側(基材と反対側)から活性エネルギー線を照射することで基材の表面に硬化膜を形成する方法で製造できる。
硬化性組成物の塗膜の表面側からに活性エネルギー線を照射することにより、塗膜の表面側が先に硬化して硬化被膜が形成される。その後、塗膜の内部が硬化すると、先に硬化した表面側の硬化被膜が座屈するので、表面にしわ状の凹凸構造を有する硬化膜が形成される。
硬化膜の形成に用いる硬化性組成物は、活性エネルギー線硬化性の化合物を含むことが好ましい。硬化性組成物は、必要に応じて、有機溶剤、光重合開始剤等の成分をさらに含むことができる。
活性エネルギー線硬化性の化合物としては、(メタ)アクリレートが好適な材料として挙げられる。(メタ)アクリレートは特に限定はなく、単官能(メタ)アクリレート、二官能(メタ)アクリレート、三官能以上の多官能(メタ)アクリレートのいずれであってもよい。(メタ)アクリレートは、硬化性樹脂材として市販されているものも使用できる。(メタ)アクリレートは本発明の目的を損なわない範囲において、その他の成分を含んでいてもよい。これらの中でも、しわ状の凹凸構造を形成しやすいという観点から、単官能あるいは二官能(メタ)アクリレートが好ましい。二官能及び三官能以上の多官能(メタ)アクリレートは多いほど硬化膜の耐擦傷性や硬度が向上する傾向がある。一方、三官能以上の多官能(メタ)アクリレートは少ないほど硬化膜にしわ状の凹凸構造が形成しやすくなる傾向がある。
これらの中でもしわ状の凹凸構造の形成のしやすさを考慮するとアルコール残基に分岐のないものが好ましく、アルキルジオールジ(メタ)アクリレートがより好ましく、炭素数が4~18であるアルキルジオールジ(メタ)アクリレートがさらに好ましい。
特に、硬化膜に硬度や耐擦傷性が必要な用途においては、硬化性組成物に二官能以上の(メタ)アクリレートを配合することが好ましい。二官能以上の(メタ)アクリレートの含有量は、硬化性組成物中の不揮発分に対して、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、特に好ましくは90質量%以上の範囲である。上限は特になく100質量%でもよいが、好ましくは99質量%以下、より好ましくは98質量%以下の範囲である。
また、より硬度を重視する用途においては、三官能以上の多官能(メタ)アクリレートを配合することが好ましい。三官能以上の多官能(メタ)アクリレートの含有量は、硬化性組成物中の不揮発分に対して、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、さらに好ましくは8質量%以上であり、上限は特になく100質量%以下の範囲であるが、使用する化合物の種類によっては量が多すぎるとしわ状の凹凸構造が形成しにくくなり、艶消し性が悪化する場合があるので、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下である。
硬化性組成物中の不揮発分とは、有機溶剤等の溶媒以外の成分の合計質量である。不揮発分は、例えば、1gの組成物を広げて、100℃で1時間加熱することで有機溶剤を揮発させたときの質量変化により測定する従来公知の方法等で測定することができる。
硬化性組成物には基材との密着性の向上などを目的に各種の樹脂を配合することも可能である。樹脂としては各種の樹脂を使用することができ、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニル樹脂等の従来公知の樹脂が挙げられ、これらの中でも、特に透明性や(メタ)アクリレートとの親和性に優れるという点において、アクリル樹脂が好ましい。
硬化膜のしわ状の凹凸構造による艶消し性をさらに向上させるため、硬化性組成物に粒子を配合することも可能である。粒子は、特に限定されず、従来公知のものを使用することができる。具体例としては、シリカ、中空シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、カオリン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機粒子、アクリル樹脂、スチレン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等の有機粒子が挙げられる。無機粒子は(メタ)アクリロイル基等の反応性基を有するシランカップリング剤で表面修飾された粒子であってもよい。有機粒子は形状維持のために架橋タイプが好ましく、架橋アクリル樹脂粒子、架橋スチレン樹脂粒子がより好ましい。これらの粒子は2種以上を併用してもよい。
硬化性組成物の硬化性促進のために光重合開始剤を配合してもよい。光重合開始剤の分子量は1000以下が好ましい。具体例としては、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン-n-ブチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル、ベンジルジフェニルジスルフィド、ジベンジル、ジアセチル、アントラキノン、ナフトキノン、3,3’-ジメチル-4-メトキシベンゾフェノン、ベンゾフェノン、p,p’-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、ピバロインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、1,1-ジクロロアセトフェノン、p-t-ブチルジクロロアセトフェノン、2-クロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2,2-ジクロロ-4-フェノキシアセトフェノン、フェニルグリオキシレート、α-ヒドロキシイソブチルフェノン、ジベンゾスパロン、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパノン、2-メチル-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノ-1-プロパノン、トリブロモフェニルスルホン、トリブロモメチルフェニルスルホンが挙げられる。これらの光重合開始剤は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
硬化膜の外観を向上させるため、硬化性組成物にレベリング剤を配合することができる。レベリング剤としては、例えば、アクリル系レベリング剤、シリコーン系レベリング剤、フッ素系レベリング剤が挙げられる。これらのレベリング剤は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
硬化性組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、チオール基を含有する化合物等の重合促進剤、帯電防止剤、防汚剤、可塑剤、界面活性剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の各種添加剤を配合してもよい。
硬化性組成物を基材に塗布する際の作業性を向上させる目的で、硬化性組成物に有機溶剤を必要に応じて配合することもできる。
有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤;ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、アニソール、フェネトール等のエーテル系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピル、エチレングリコールジアセテート等のエステル系溶剤;ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、N-メチルピロリドン等のアミド系溶剤;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ系溶剤;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール系溶剤;ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン系溶剤が挙げられる。これらの有機溶剤は1種を単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。有機溶剤は、塗布における作業性を向上させやすい点で、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、アルコール系溶剤及びケトン系溶剤が好ましい。
硬化性組成物の塗膜を形成する方法としては、例えば、硬化性組成物を基材又は物品の面上に塗布して塗膜を形成し、必要に応じて乾燥する方法が挙げられる。塗布する方法は特に限定されないが、例えば、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、スピンコート法、ローラーコート法、バーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、スプレーコート等の公知の方法が挙げられる。
基材又は物品の表面に形成した硬化性組成物の塗膜に活性エネルギー線を照射して硬化膜とし、基材又は物品に硬化膜が積層された積層体を形成する。活性エネルギー線としては、塗膜の表面を効果的に硬化できるエネルギーが高いもの(波長の短いもの)が好ましく、真空紫外線(波長200nm以下の紫外線)がより好ましい。真空紫外線の中でも半値幅が50nm以下であるエキシマ光が最適である。エキシマ光としては、例えば、アルゴンエキシマ光(126nm)、クリプトンエキシマ光(146nm)、キセノンエキシマ光(172nm)、アルゴン・フッ素エキシマ光(193nm)が挙げられる。これらの中でも、使用のしやすさや、硬化膜に効果的な凹凸構造が形成できること、硬化性組成物の硬化性等を考慮すると、キセノンエキシマ光が好適である。
真空紫外線照射後、硬化膜を深部まで硬化させるために真空紫外線以外の活性エネルギー線を照射することが好ましい。活性エネルギー線としては紫外線、電子線等が挙げられ、これらの中でも硬化膜の硬化性を考慮すると紫外線がより好ましい。
照射する紫外線の積算光量は、好ましくは1~5000mJ/cm2、より好ましくは50~3000mJ/cm2、さらに好ましくは100~1000mJ/cm2、特に好ましくは200~700mJ/cm2の範囲である。また、照度としては好ましくは1~1000mW/cm2、より好ましくは50~500mW/cm2、さらに好ましくは80~300mW/cm2の範囲である。
本発明の積層体は、基材からなる層と、硬化性組成物の硬化膜からなる層(凹凸層)を有する。積層体はさらに、基材と硬化膜(凹凸層)との間にプライマー層を有していてもよい。また、基材の硬化膜側とは反対側の面上に裏面機能層を有してもよい。本発明の効果を損なわないものであれば、硬化膜の基材とは反対側の面上に表面機能層を有してもよい。
基材としては、公知のものを使用でき、例えば、樹脂基材、金属基材、紙基材が挙げられる。これらの中では、加工性の観点から、樹脂基材が好ましい。
樹脂基材は、単層構成であっても2層以上の多層構成であってもよく、特に限定されるものではない。樹脂基材を2層以上の多層構成とし、それぞれの層に特徴を持たせ、多機能化を図ることが好ましい。
積層体をディスプレイ用途へ展開する場合には、ポリエステルフィルム、ポリ(メタ)アクリレートフィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム、トリアセチルセルロースフィルムが好ましい。これらの中でも、アンチグレア用途においては、ポリエステルフィルム、ポリ(メタ)アクリレートフィルム、ポリオレフィンフィルムが好ましく、さらに透明性や成形性、汎用性を考慮すると、ポリエステルフィルムがより好ましい。
ポリエステルフィルムは、無延伸フィルムであっても延伸フィルムであってもよく、延伸フィルムが好ましい。中でも、一軸方向に延伸された一軸延伸フィルム、又は二軸方向に延伸された二軸延伸フィルムが好ましく、力学特性のバランスや平面性に優れる観点から、二軸延伸フィルムがより好ましい。
ホモポリエステルとしては、芳香族ジカルボン酸と脂肪族グリコールとを重縮合させて得られたものが好ましい。芳香族ジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸が挙げられる。脂肪族グリコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノールが挙げられる。芳香族ジカルボン酸、脂肪族グリコールはそれぞれ1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
共重合ポリエステルのジカルボン酸成分としては、例えば、イソフタル酸、フタル酸、テレフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、オキシカルボン酸が挙げられる。グリコール成分として、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、4-シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコールが挙げられる。ジカルボン酸成分、グリコール成分はそれぞれ1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
代表的なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートが例示される。
ポリ(メタ)アクリレートは、透明性、加工性、耐薬品性を考慮すると、炭素数が1~4のアルキル(メタ)アクリレートに基づく単位を主成分とすることが好ましく、メチル(メタ)アクリレートに基づく単位及びエチル(メタ)アクリレートに基づく単位からなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分とすることがより好ましく、メチル(メタ)アクリレートに基づく単位を主成分とすることが特に好ましい。
ポリ(メタ)アクリレートに、アルキル(メタ)アクリレート以外の(メタ)アクリレートに基づく単位や、その他の単量体に基づく単位を含有させて柔軟性等の特性を付与することも可能である。
ポリ(メタ)アクリレートの総質量に対する炭素数が1~4のアルキル(メタ)アクリレートに基づく単位の割合は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは80質量%以上である。
粒子の種類は、目的に応じて適宜選定でき、特に限定されない。具体例としては、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、カオリン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機粒子、アクリル樹脂、スチレン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等の有機粒子等が挙げられる。さらに、基材層がポリエステルフィルムを含む場合、ポリエステル製造工程で触媒等の金属化合物の一部を析出させた析出粒子を用いることもできる。これらの中でも特に少量で効果が出やすいという点で、シリカ粒子や炭酸カルシウム粒子が好ましい。
粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、塊状、棒状、扁平状等のいずれを用いてもよい。また、その硬度、比重、色等についても特に制限はない。
これらの粒子は、必要に応じて2種類以上を併用してもよい。
粒子の平均一次粒子径は、遠心沈降式粒度分布測定装置により測定される等価球形分布における積算50%(質量基準)の値である。
プライマー層は、基材と硬化膜(凹凸層)との間に各種の機能を付与するために適宜設けられる。プライマー層は、一層で単一又は複数の機能を有していてもよく、複数の層で構成されていてもよい。
プライマー層を帯電防止層とするには、例えば、プライマー層に帯電防止剤を含有させればよい。
基材が樹脂フィルムである場合、基材との親和性の観点から、プライマー層に含まれる樹脂は樹脂フィルムと同種の樹脂が好ましい。例えば基材がポリエステルフィルムの場合、プライマー層はポリエステル樹脂を含有することが好ましい。基材がポリ(メタ)アクリレートフィルムの場合、プライマー層はアクリル樹脂を含有することが好ましい。
多価カルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、4,4’-ジフェニルジカルボン酸、2,5-ナフタレンジカルボン酸、1,5-ナフタレンジカルボン酸及び、2,6-ナフタレンジカルボン酸、2,7-ナフタレンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、2-カリウムスルホテレフタル酸、5-ソジウムスルホイソフタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、グルタル酸、コハク酸、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、無水トリメリット酸、無水フタル酸、トリメリット酸モノカリウム塩及びそれらのエステル形成性誘導体が挙げられる。
多価ヒドロキシ化合物としては、例えば、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2-メチル-1,5-ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、p-キシリレングリコール、ビスフェノールA-エチレングリコール付加物、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリテトラメチレンオキシドグリコール、ジメチロールプロピオン酸、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジメチロールエチルスルホン酸ナトリウム、ジメチロールプロピオン酸カリウムが挙げられる。
これらの化合物の中から、それぞれ1つ以上を適宜選択し、常法の重縮合反応によりポリエステル樹脂を合成すればよい。
アクリル樹脂は、それら重合体と他のポリマー(例えばポリエステル、ポリウレタン等)との共重合体であってもよい。このような共重合体は、例えば、ブロック共重合体、グラフト共重合体である。又は、ポリエステルの溶液又は分散液中で重合性モノマーを重合して得られたポリマー(場合によってはポリマーの混合物)も含まれる。同様に、ポリウレタンの溶液又は分散液中で重合性モノマーを重合して得られたポリマー(場合によってはポリマーの混合物)も含まれる。同様に、他のポリマーの溶液又は分散液中で重合性モノマーを重合して得られたポリマー(場合によってはポリマー混合物)も含まれる。
多価カルボン酸としては、例えば、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、テレフタル酸、イソフタル酸が挙げられる。
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、1,5-ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2-メチル-2-プロピル-1,3-プロパンジオール、1,8-オクタンジオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、1,9-ノナンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、2-ブチル-2-ヘキシル-1,3-プロパンジオール、シクロヘキサンジオール、ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン、ジメタノールベンゼン、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、アルキルジアルカノールアミン、ラクトンジオールが挙げられる。
水酸基を2個有する鎖延長剤としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール等の脂肪族グリコール、キシリレングリコール、ビスヒドロキシエトキシベンゼン等の芳香族グリコール、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバレート等のエステルグリコール等のグリコール化合物が挙げられる。
アミノ基を2個有する鎖延長剤としては、例えば、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン等の芳香族ジアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサンジアミン、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、トリメチルヘキサンジアミン、2-ブチル-2-エチル-1,5-ペンタンジアミン、1,8-オクタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、1,10-デカンジアミン等の脂肪族ジアミン、1-アミノ-3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタンジアミン、イソプロビリチンシクロヘキシル-4,4’-ジアミン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン等の脂環族ジアミンが挙げられる。
ウレタン樹脂の水分散液又は水溶液としては、乳化剤を用いた強制乳化型、ウレタン樹脂の構造中に親水性基を導入した自己乳化型又は水溶型等がある。特に、ウレタン樹脂の構造中にイオン基を導入しアイオノマー化した自己乳化型が、液の貯蔵安定性や、得られるプライマー層の耐水性、透明性に優れており好ましい。
カルボキシル基はアンモニア、アミン、アルカリ金属類、無機アルカリ類等の中和剤で中和した塩の形にするのが好ましい。特に好ましい中和剤は、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミンである。中和剤で中和されたカルボキシル基を有するウレタン樹脂は、塗布後の乾燥工程において中和剤が外れたカルボキシル基を、架橋剤による架橋反応点として用いることができる。これにより、コーティング前の液の状態での安定性に優れる上、得られるプライマー層の耐久性、耐溶剤性、耐水性、耐ブロッキング性等を向上させることが可能となる。
カルボキシル基含有ジオールとしては、例えば、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ビス-(2-ヒドロキシエチル)プロピオン酸、ビス-(2-ヒドロキシエチル)ブタン酸、それらのカルボキシル基が中和剤で中和された塩が挙げられる。
架橋剤としては、公知の材料を使用することができ、例えば、メラミン化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート系化合物、エポキシ化合物、カルボジイミド系化合物、シランカップリング化合物、ヒドラジド化合物、アジリジン化合物が挙げられる。それらの中でも、メラミン化合物、イソシアネート系化合物、エポキシ化合物、オキサゾリン化合物、カルボジイミド系化合物、シランカップリング化合物が好ましく、密着性及び耐久性をさらに向上させる観点からは、メラミン化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート系化合物やエポキシ化合物がより好ましく、メラミン化合物、オキサゾリン化合物やイソシアネート系化合物が特に好ましい。これらの架橋剤は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。2種以上を併用することでさらに密着性や耐久性が向上する場合がある。
イソシアネート化合物としては、例えば、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、メチレンジフェニルジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等の芳香族イソシアネート化合物;α,α,α’,α’-テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香環を有する脂肪族イソシアネート化合物;メチレンジイソシアネート、プロピレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族イソシアネート化合物;シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンビス(4-シクロヘキシルイソシアネート)、イソプロピリデンジシクロヘキシルジイソシアネート等の脂環族イソシアネート化合物が挙げられる。また、これらイソシアネート化合物のビュレット化物、イソシアヌレート化物、ウレトジオン化物、カルボジイミド変性体等の重合体や誘導体も挙げられる。これらは1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。上記イソシアネート化合物の中でも、紫外線による黄変を避ける観点から、芳香族イソシアネート化合物よりも脂肪族イソシアネート化合物又は脂環族イソシアネート化合物が好ましい。
ブロックイソシアネート化合物としては、プライマー層が破壊されにくいという観点から、活性メチレン系化合物によりブロックされたイソシアネート化合物が好ましい。
付加重合性オキサゾリン基含有モノマーとしては、例えば、2-ビニル-2-オキサゾリン、2-ビニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-ビニル-5-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-5-エチル-2-オキサゾリンが挙げられる。これらは1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの中でも2-イソプロペニル-2-オキサゾリンが、工業的にも入手しやすく好適である。
他のモノマーとしては、付加重合性オキサゾリン基含有モノマーと共重合可能なモノマーであれば特に制限はなく、例えば、アルキル(メタ)アクリレート(アルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、2-エチルヘキシル基、シクロヘキシル基)等の(メタ)アクリレート;アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、クロトン酸、スチレンスルホン酸及びその塩(ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、第三級アミン塩等)等の不飽和カルボン酸;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等の不飽和ニトリル;(メタ)アクリルアミド、N-アルキル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド、(アルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、2-エチルヘキシル基、シクロヘキシル基等)等の不飽和アミド;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル等のビニルエーテル;エチレン、プロピレン等のα-オレフィン;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル等の含ハロゲンα,β-不飽和モノマー;スチレン、α-メチルスチレン、等のα,β-不飽和芳香族モノマーが挙げられる。これらは1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
プライマー層は、本発明の主旨を損なわない範囲において、必要に応じて、消泡剤、塗布性改良剤、増粘剤、有機系潤滑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、発泡剤、染料、顔料等の添加剤を含有していてもよい。
プライマー層は、公知の方法で形成できる。
表面機能層は、硬化膜(凹凸層)の基材層とは反対側の面に各種の機能を付与するために設けられる層である。表面機能層としては、例えば、防汚層、帯電防止層、屈折率調整層(反射防止層、低反射層等)、赤外線吸収層、紫外線吸収層、色補正層が挙げられる。表面機能層は、一層で単一又は複数の機能を有していてもよく、複数の層で構成されていてもよい。
高屈折率化を目的とする場合の屈折率調整層の材料としては、従来公知の材料を使用することができ、例えば、ベンゼン構造、ビスフェノールA構造、メラミン構造、フルオレン構造のような芳香族含有化合物、また、芳香族の中でも高屈折率化合物と考えられるナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ベンゾ[a]アントラセン、ベンゾ[a]フェナントレン、ピレン、ベンゾ[c]フェナントレン、ペリレン構造のような縮合多環式芳香族化合物、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化イットリウム、酸化インジウム、酸化セリウム、ATO(アンチモン・スズ酸化物)、ITO(インジウム・スズ酸化物)等の金属酸化物や、チタンキレートやジルコニウムキレート等の金属キレート化合物等の金属含有化合物、硫黄元素を含有する化合物、ハロゲン元素を含有する化合物が挙げられる。
裏面機能層は、基材層の硬化膜(凹凸層)とは反対側の面に各種の機能を付与するために設けられる層である。裏面機能層としては、例えば、粘着層、帯電防止層、屈折率調整層、アンチブロッキング層が挙げられる。裏面機能層は、一層で単一又は複数の機能を有していてもよく、複数の層で構成されていてもよい。
粘着層は、積層体を各種の被着体に接合するために設けられる。帯電防止層は、積層体の最表面、特に基材層の凹凸層側とは反対側の最表面における剥離帯電や摩擦帯電によるゴミ等の付着、それによる欠陥等を防止するために設けられる。屈折率調整層は、例えば、積層体の全光線透過率を向上させるために設けられる。アンチブロッキング層は、積層体のブロッキングを軽減するために設けられる。
帯電防止層、屈折率調整層を形成する成分は、表面機能層においてそれぞれ説明したものと同様である。
裏面機能層は、公知の方法で形成できる。
表面機能層および裏面機能層は、例えば、上述の一連の成分を溶液または溶媒の分散体として、固形分濃度が0.1~80質量%程度を目安に調整した液を所定の面にコーティングし、乾燥、硬化することで形成できる。
積層体は透過性を有することが好ましい。後述する実施例に記載の方法により測定される全光線透過率は、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは80%以上、最も好ましくは90%以上の範囲であり、高いほど好ましい(上限値は100%である)。
本発明で用いた測定方法及び評価方法は次のとおりである。
ポリエステルに非相溶な成分を除去したポリエステル1gを精秤し、フェノール/テトラクロロエタン=50/50(重量比)の混合溶媒100mlを加えて溶解させ、30℃で測定した。
島津製作所社製、遠心沈降式粒度分布測定装置 SA-CP3型を使用して測定した等価球形分布における積算(重量基準)50%の値を平均一次粒子径とした。
アクリル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)「HLC-8120」(東ソー社製)を用いて測定した。カラムとしては、TSKgel G5000HXL*GMHXL-L(東ソー社製)を使用した。また、標準ポリスチレンとして、F288/F80/F40/F10/F4/F1/A5000/A1000/A500(東ソー社製)及びスチレンを使用して検量線を作成した。
測定は、重合体をテトラヒドロフランに濃度が0.4%になるように溶解した溶液100μlを使用してカラムオーブン温度40℃で行った。重量平均分子量(Mw)は標準ポリスチレン換算にて算出した。
表面形状計測システム(日立ハイテクサイエンス社製 走査型白色干渉顕微鏡「VS1330」)を用い、硬化膜の表面の177.60μm×236.87μmの領域について、表面形状を光干渉法にて測定し、データ解析を行った。RSm及びθaの算出に用いた評価長さは236.87μmである。測定時における対物レンズの倍率は20倍に設定して測定した。なお、本評価にてしわ状の凹凸構造の有無も確認した。
データ解析に用いた処理条件は以下の通りである。
面補正:4次
補間:完全補間
フィルタ:メジアン3×3ピクセル
境界処理:対称拡張してエッジ部を補間
トリミング:無し
基材上に硬化膜を形成した積層体を測定対象とした。全光線透過率及びヘイズは、JIS Z8722:2009(透過物体の照射及び受光の幾何条件)及びJIS K7361-1:1997(プラスチック-透明材料の全光線透過率の試験方法)JIS K7136:2000(プラスチック-透明材料のヘ-ズの求め方)に準拠し、日本電色工業製ヘーズメーター「SH7000」を用いて測定した。
ヘイズに関しては、基材のみのヘイズを測定し、積層体のヘイズ測定値から引き算することにより、凹凸層(硬化膜)のみのヘイズを評価した。
基材上に硬化膜を形成した積層体を測定対象とした。20°および60°グロス(20°および60°鏡面光沢度)を、JIS Z 8741-1997に準拠し、日本電色工業社製グロスメーター「VG2000」を用いて測定した。グロスの値が低いほど艶消し性に優れる。
基材上に硬化膜を形成した積層体を測定対象とした。摩擦係数を、協和界面科学社製自動摩擦摩耗解析装置「Triboster 500」を用いて、点接触子、測定加重200g、測定速度2.5mm/s、測定距離50mmで測定し、静止摩擦係数および動摩擦係数を測定した。また、測定距離50mmの内、10~20mm中における1mm以下の振れ幅(ハンチング幅)の平均値を、描かれる横軸測定距離、縦軸動摩擦係数のグラフから読み取った。なお、振れ幅が小さい場合、あるいは距離が1mmより大きい振れ幅となる場合は0.02未満と判断し、その場合は「<0.02」と表記する。
JIS K5600-5-4:1999 塗料一般試験法-第5部:塗膜の機械的性質-第4節:引っかき硬度(鉛筆法)に従って、硬化膜の鉛筆硬度を測定した。
白色で直線状の蛍光灯を灯した室内に、積層体を設置し、蛍光灯と積層体の距離を2.5mに設定して目視外観にて凹凸層側の艶消し性(蛍光灯の映り込み)を以下の評価基準A~Dで評価した。評価A~Cにおいては艶消し性が確認できる判定である。
A:蛍光灯の反射像が強くぼやけており、蛍光灯の輪郭が確認できない。
B:蛍光灯の反射像がぼやけているが、うっすらと輪郭を確認することができる。
C:蛍光灯の反射像が少しぼやけており、輪郭を確認することもできるが、波打った形状で観察され、暗い白色に映る。
D:蛍光灯の反射像が鮮明ではっきりと輪郭を確認することができ、また直線状で白色に映る。
タッチペンまたは人差し指で硬化膜表面をなぞり、書き心地を以下の評価基準A~Cで評価した。
A:引っ掛かり感があり、書いている感触がつかめ、書き心地が良好。
B:引っ掛かり感が弱く、なめらかな感触の書き心地。
C:引っ掛かり感がなく、滑るような感触であり、書いている感触がなく、書き心地が悪い。
(基材)
・ポリエステル(S1):重合触媒として酢酸マグネシウム・四水和物およびテトラブチルチタネートを用いて得られる、極限粘度が0.63dl/gのポリエチレンテレフタレートホモポリマー。
以下に示す各材料を表1に示す量(質量部、不揮発分換算)で混合した。ついで、プロピレングリコールモノメチルエーテル(以下、PGM)とメチルエチルケトン(以下、MEK)の混合溶剤(PGM:MEK(質量比)が7:3)を固形分濃度が30質量%になるように添加し、均一になるまで撹拌して各実施例及び比較例で使用する硬化性組成物(塗布液)を得た。
・(メタ)アクリレート(B1):1,6-ヘキサンジオールジアクリレート(2官能)
・(メタ)アクリレート(B2):変性エポキシアクリレート(ダイセル・オルネクス社製 EBECRYL 3708)(2官能)
・(メタ)アクリレート(B3):ウレタンアクリレート(三菱ケミカル社製 紫光 UV-1700B)(3官能以上)
・(メタ)アクリレート(B4):ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート(共栄社化学社製 ライトアクリレート DCP-A)(2官能)
・(メタ)アクリレート(B5):ハイパーブランチポリマー(大阪有機化学工業社製 ビスコート#1000)(3官能以上)
温度計、攪拌機及び還流冷却管を備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテル(178質量部)、グリシジルメタクリレート(20質量部)、メチルメタクリレート(79質量部)、エチルアクリレート(1.0質量部)、及び2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(0.6質量部)を加えて、65℃で3時間反応させた。その後、さらに2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(0.3質量部)を加えて3時間反応させた後、プロピレングリコールモノメチルエーテル(48質量部)とp-メトキシフェノール(0.5質量部)を加え100℃まで加熱した。次に、アクリル酸(10質量部)、及びトリフェニルホスフィン(1.6質量部)を添加して、110℃で6時間反応させることで、二重結合量(アクリロイル基濃度(アクリロイル基の導入量))1.2mmol/gの側鎖にラジカル重合可能な二重結合を有するアクリル樹脂(C)を得た。重量平均分子量(Mw)は48800であった。
以下に示すポリエステル樹脂(P1)、ウレタン樹脂(P2)、メラミン化合物(P3)、粒子(P4)をポリエステル樹脂(P1)/ウレタン樹脂(P2)/メラミン化合物(P3)/粒子(P4)(固形分質量比)=60/25/10/5で混合してプライマー層形成用組成物を得た。
・ポリエステル樹脂(P1):下記組成からなるポリエステル樹脂の水分散体
モノマー組成:(酸成分)テレフタル酸/イソフタル酸/5-ソジウムスルホイソフタル酸//(ジオール成分)エチレングリコール/1,4-ブタンジオール/ジエチレングリコール=56/40/4//70/20/10(mol%)
・ウレタン樹脂(P2):下記組成から形成されるポリエステル系ウレタン樹脂の水分散体
イソホロンジイソシアネート:テレフタル酸:イソフタル酸:エチレングリコール:ジエチレングリコール:ジメチロールプロパン酸=12:19:18:21:25:5(mol%)
・メラミン化合物(P3):ヘキサメトキシメチロールメラミン
・粒子(P4):平均一次粒子径0.07μmのシリカ粒子
ポリエステル(S1)、(S2)、(S3)をそれぞれ91質量%、3質量%、6質量%の割合で混合した原料を最外層(表層)の原料とし、ポリエステル(S1)、(S2)をそれぞれ97質量%、3質量%の割合で混合した原料を中間層の原料として、2台の押出機に各々を供給し、各々285℃で溶融した後、40℃に設定した冷却ロール上に、2種3層(表層/中間層/表層=1:8:1の吐出量)の層構成で共押出し冷却固化させて未延伸シートを得た。
次いで、ロール周速差を利用してフィルム温度85℃で縦方向に3.1倍延伸した後、この縦延伸フィルムの片面に、プライマー層形成用組成物を塗布し、テンターに導き、95℃で10秒間乾燥させた後、横方向に120℃で4.2倍延伸し、230℃で10秒間熱処理を行った後、横方向に2%弛緩し、片面に厚み0.1μmのプライマー層を有する厚み(乾燥後)50μmのポリエステルフィルム基材を得た。
ポリエステルフィルムのプライマー層上に、下記表1に示す塗布液を塗布し、70℃で1分間乾燥し、キセノン(波長172nm)によるエキシマ光(半値幅14nm)を照射量15mJ/cm2、照度5mW/cm2(ウシオ電機社製 キセノンエキシマ172nm光照射機、ランプユニット型式:SUS05(ランプハウス型式:H0011、点灯電源型式:B0005)、窒素フロー(酸素濃度1%以下))で表1の塗布液からなる塗膜に照射し、さらに空気雰囲気中にて高圧水銀灯で積算光量400mJ/cm2、照度200mW/cm2(アイグラフィックス社製 高出力UV装置(型式:US5-X1802-X1202)のUVコンベア)にて紫外線を照射し、下記表2に示す膜厚(乾燥後)硬化膜を有する積層体を得た。
実施例1において、エキシマ光を照射しなかったこと以外は、実施例1と同様にして製造し、硬化膜を有する積層体を得た。この積層体の硬化膜には凹凸構造は形成されておらず、その表面は書き心地も艶消し性も悪いものであった。この積層体に関する評価結果を下記表2および表3に示す。
実施例1において、塗布液と硬化膜の膜厚を表1または表2に示したように変更した以外は実施例1と同様にして硬化膜を有する積層体を得た。この積層体の硬化膜はRSmやSaが低く、書き心地が悪いものであった。この積層体に関する評価結果を下記表2および表3に示す。
参考のため、書き心地が良いとされる和紙(丸三製紙社製 和紙エスボン四六判)のRSm、Sa及び傾斜角を表3に示す。
Claims (8)
- 表面にしわ状の凹凸構造を有する硬化膜であって、当該凹凸構造における、JIS B0601:2013に従う粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)が15μm以上であり、ISO25178で定義される算術平均高さ(Sa)が0.20μm以上であり、かつ動摩擦係数が0.40以下である硬化膜。
- 前記硬化膜が(メタ)アクリレート由来の構成単位を有する請求項1に記載の硬化膜。
- 前記凹凸構造における局部傾斜角度の平均値(θa)が2°以上である請求項1または2に記載の硬化膜。
- 前記表面の60°グロスが50以下である請求項1~3のいずれか1項に記載の硬化膜。
- 基材上に請求項1~4のいずれか1項に記載の硬化膜を有する積層体。
- 前記基材がフィルムである請求項5に記載の積層体。
- ディスプレイ用途に使用される請求項5または6に記載の積層体。
- 基材上に硬化性組成物を積層し、真空紫外線を照射して当該組成物を硬化させて硬化膜を形成する請求項5~7のいずれか1項に記載の積層体の製造方法。
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